Po sedang bersiap untuk menjadi pemimpin spiritual Lembah Damai, tetapi juga membutuhkan seseorang untuk menggantikannya sebagai Prajurit Naga. Karena itu, ia akan melatih seorang praktisi kung fu baru untuk posisi tersebut dan akan menghadapi penjahat bernama Bunglon yang membangkitkan penjahat dari masa lalu.
SINOPSIS FILM
Di sebuah tambang besi yang digarap oleh para kambing, kemunculan mengejutkan terjadi: Tai Lung, musuh lama sang pendekar naga, muncul kembali dan menghancurkan lokasi tersebut. Ia mengancam akan mengacaukan desa-desa dan memaksa Pendekar Naga untuk bersujud di hadapannya.
Sementara itu, Po tengah menghadapi seekor ikan pari yang kerap mengganggu warga. Setelah pertempuran sengit, Po berhasil mengalahkan makhluk itu, membuat penduduk merasa aman dan damai kembali.
Setelah menyelesaikan misinya, Po kembali ke kampung halaman dan disambut meriah oleh para warga. Namun, kebahagiaan itu terganggu saat Master Sifu memintanya segera ke kuil untuk sebuah urusan penting. Po malah memilih hadir dalam pembukaan restoran milik ayah angkat bebeknya, Lee, dan ayah kandungnya, Pink. Ia tampil dengan atraksi menggunakan tongkat warisan Master Oogway dan menjelaskan bahwa lima pendekar tidak hadir karena sedang menjalankan misi berbahaya.
Master Sifu yang merasa diabaikan akhirnya menegur Po dan mengatakan bahwa waktunya sebagai Pendekar Naga telah usai. Kini, Po harus menjadi pemimpin spiritual Lembah Damai dan mencari penerus untuk peran Pendekar Naga. Po menolak karena merasa belum siap dan lebih suka bertarung. Namun, Sifu tetap memintanya segera memilih pengganti.
Keesokan harinya, kandidat-kandidat pendekar berkumpul untuk menunjukkan kemampuan mereka. Namun, Po tak menganggap proses itu serius dan malah mencalonkan dirinya sendiri. Sifu lalu membawanya ke Lembah Damai agar Po dapat menenangkan pikiran dan bermeditasi, tetapi Po tak bisa fokus karena pikirannya terganggu oleh rasa lapar.
Di tengah perenungan, Po memergoki seorang pencuri yang menyusup ke kuil. Setelah pengejaran sengit, ia berhasil menangkap sosok tersebut yang ternyata bernama Zhen. Zhen tidak mengenal Po sebagai Pendekar Naga, membuat Po kesal. Pertarungan terjadi hingga salah satu barang sakral kuil hancur.
Tak lama setelah Zhen ditangkap, sekelompok kambing datang memohon bantuan Po melawan Tai Lung. Po heran karena Tai Lung seharusnya sudah dikurung di alam roh. Ia pergi untuk menyelidiki dan menemukan jejak kaki mencurigakan yang membuatnya mengingat ucapan Zhen. Setelah dikonfrontasi, Zhen mengungkap bahwa Tai Lung sebenarnya adalah wujud dari penyihir bunglon bernama Chameleon, makhluk yang dapat berubah bentuk sesuka hati.
Zhen menawarkan bantuan sebagai penunjuk jalan ke markas Chameleon, dengan imbalan pengurangan masa tahanan. Meskipun Sifu melarang, Po tetap menerima tawaran itu sebagai petualangan terakhirnya.
Perjalanan membawa mereka ke kota Juniper, tempat Chameleon berada. Zhen mulai tertarik dengan tongkat kebajikan milik Po yang bisa membuka alam roh. Di sisi lain, isu tentang Chameleon menyebar di desa, membuat warga cemas, termasuk Lee dan Pink yang khawatir terhadap keselamatan Po.
Sementara itu, Chameleon yang menyamar sebagai pemimpin kriminal di Juniper, mulai menebar ancaman dan memanfaatkan kekuatannya untuk meminta bagian yang lebih besar dari wilayah kekuasaan bawah tanah.
Dalam perjalanan ke Juniper, Po dan Zhen singgah di warung kopi. Saat Zhen ketahuan mencuri, keributan terjadi, tetapi mereka berhasil kabur dan melanjutkan perjalanan menggunakan kapal. Di kapal, Zhen menceritakan masa lalunya yang keras dan penuh perjuangan.
Setibanya di Juniper, mereka harus menyamar karena Zhen adalah buronan. Saat dikejar polisi, mereka bersembunyi di markas kriminal bawah tanah. Sayangnya, para kriminal yang dulu teman Zhen merasa dikhianati olehnya. Zhen mencoba meyakinkan mereka bahwa kini ia bersama Pendekar Naga, tetapi tak ada yang mengenali Po.
Mereka akhirnya diberi izin menginap semalam. Sementara itu, Lee dan Pink menyusul ke kota Juniper demi membantu Po. Mereka menggunakan petunjuk dari warung sebelumnya untuk menelusuri jejak anaknya.
Po dan Zhen akhirnya tiba di markas Chameleon dan menyelinap masuk. Namun, mereka tertangkap dan Po terkena mantra sihir. Ternyata, Zhen diam-diam menyerahkan tongkat kebajikan kepada Chameleon. Penyihir bunglon itu memang telah membesarkan Zhen sejak kecil, dan menjadikannya alat untuk mendapatkan tongkat tersebut, yang bisa mengakses kekuatan para pendekar dari alam roh.
Po berusaha kabur dan melawan, namun sempat tertipu dan nyaris tewas sebelum ditolong oleh Lee dan Pink. Di titik terendahnya, Po merasa gagal, tapi ayah-ayahnya memberi dukungan agar ia bangkit kembali.
Chameleon mulai memanggil roh-roh para pendekar, termasuk Tai Lung, untuk diambil kekuatannya. Dengan kekuatan besar yang berhasil dikumpulkan, Chameleon semakin sulit dikalahkan.
Po dan Zhen mempersiapkan perlawanan. Zhen pergi untuk meminta bantuan dari teman-teman lamanya di bawah tanah. Mereka akhirnya setuju, terutama karena bisa bebas menyerang pihak Chameleon. Serangan besar pun terjadi.
Dalam konfrontasi terakhir, Chameleon menggunakan kekuatan berbagai pendekar untuk berubah-ubah bentuk, bahkan menjadi Po sendiri. Pertarungan berlangsung sengit, hingga Po terjebak. Ia kemudian mempercayakan tongkat kebajikan kepada Zhen, yang akhirnya berhasil mengalahkan Chameleon dan mengembalikan kekuatan para pendekar yang telah dicuri.
Tai Lung dan para pendekar dari alam roh akhirnya mengakui kekuatan serta keberanian Po sebagai Pendekar Naga sejati. Mereka kembali ke alam roh, membawa Chameleon bersama mereka.
Zhen siap menerima hukumannya, tapi Po justru menunjuknya sebagai penerus Pendekar Naga. Meski sempat ditolak Master Sifu, ia akhirnya menyerahkan keputusan tersebut pada Po. Zhen pun mulai berlatih bersama lima pendekar legendaris.